亚洲玉米螟组织蛋白酶L（OfCTSL）在个体发生和生殖调控中的功能研究及其RNA干扰防治潜力

本研究针对亚洲玉米?orer（Ostrinia furnacalis）对化学农药产生抗性的重大农业问题，通过克隆表征OfCTSL基因，发现其在蛹期和血淋巴高表达。采用纳米载体介导的RNAi技术沉默该基因后，显著抑制幼虫蜕皮、化蛹及雌虫产卵能力，首次证实OfCTSL可作为防治这种毁灭性害虫的新型分子靶点。该成果为开发基于RNAi的绿色防控策略提供了理论依据。

　　

亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）作为全球玉米作物的头号害虫，每年造成高达80%的产量损失，而传统化学农药和Bt转基因作物的长期使用已引发严重的抗药性问题。面对这一严峻挑战，贵州大学农业害虫山地管理重点实验室的研究团队将目光投向了昆虫发育过程中的关键调控因子——组织蛋白酶L（Cathepsin L, CTSL）。这种在多种生理过程中起核心作用的蛋白酶，是否可能成为控制玉米螟的新靶点？这项发表在《Scientific Reports》的研究给出了肯定答案。

研究人员首先从转录组数据中锁定目标，采用RT-PCR技术克隆获得全长1653 bp的OfCTSL基因，其编码的341个氨基酸蛋白含有典型的I29抑制结构域和Pept_C1蛋白酶结构域。通过时空表达谱分析发现，该基因在蛹期和5龄幼虫血淋巴中呈现爆发式表达。为验证其功能，团队创新性地采用星形聚阳离子（SPc）纳米载体递送dsRNA，这种技术能有效保护核酸不被降解，显著提高RNA干扰效率。实验设计涵盖4龄幼虫、5龄幼虫和末龄蛹三个关键发育阶段，通过显微注射方式进行基因沉默。

表达谱分析揭示，OfCTSL在发育过程中呈现动态变化：蛹期表达量最高，其次是5龄幼虫和卵期。组织特异性显示，血淋巴中的表达水平远超其他组织，马氏管和表皮次之。这些结果暗示OfCTSL可能参与胚胎发育、蜕皮变态等关键生理过程。

基因沉默实验获得突破性发现：注射dsOfCTSL/纳米载体复合物后，4龄幼虫的基因表达被抑制65.22%，导致84%个体出现蜕皮障碍甚至死亡；5龄幼虫干扰组化蛹异常率达58.67%；雌成虫产卵量锐减44.17%。这些表型缺陷与三维结构预测结果相呼应——OfCTSL蛋白的活性裂隙两侧分布着四个关键催化残基（Gln¹⁴²、Cys¹⁴⁸、His²⁸⁷和Asn³⁰⁸），其结构特征与鳞翅目昆虫高度保守。

从机制层面看，研究提出OfCTSL可能通过三条通路发挥作用：一是通过激活caspase-1诱导中肠细胞凋亡，促进组织重塑；二是调控血细胞颗粒化作用，参与脂肪体降解；三是影响卵黄蛋白原（Vitellogenin）基因表达，干扰卵巢发育。这些发现与团队前期在棉铃虫中的研究结论形成互证，表明CTSL在昆虫变态发育中具有进化保守性。

这项研究的创新价值体现在三方面：首次系统阐明OfCTSL在亚洲玉米螟生命周期中的调控网络；开发出适用于鳞翅目昆虫的纳米载体RNAi递送体系；为害虫防治提供了可规避抗药性的新靶点。特别是将纳米材料与RNAi技术相结合的策略，克服了传统dsRNA易降解、递送效率低的瓶颈，对田间应用具有重要指导意义。正如讨论部分强调的，这种双靶点（如配合NPFR或AMPK）RNA生物农药设计思路，既能提高防治效果，又能减少对天敌昆虫的影响，符合绿色农业的发展方向。